Unutarnja energija

Sadržaj

• Interne varijacije energije
• Primjeri unutarnje energije
• Ostale vrste energije

The unutarnja energijaPrema Prvom principu termodinamike, podrazumijeva se ono povezano sa slučajnim kretanjem čestica unutar sustava. Razlikuje se od uređene energije makroskopskih sustava povezanih s pokretnim objektima po tome što se odnosi na energiju koju sadržavaju predmeti na mikroskopskoj i molekularnoj razini.

Tako, objekt može potpuno mirovati i nedostajati mu prividna energija (ni potencijalna ni kinetička), a opet biti prepun molekula u pokretu, krećući se velikom brzinom u sekundi. Zapravo, ove će se molekule privlačiti i odbijati ovisno o kemijskim uvjetima i mikroskopskim čimbenicima, iako nema vidljivog kretanja golim okom.

Unutarnja energija smatra se opsežnom količinom, odnosno povezanom s količinom materije u danom sustavu čestica. Dobro obuhvaća sve ostale oblike energije električni, kinetički, kemijski i potencijal sadržani u atomima određene tvari.

Ova vrsta energije obično je predstavljena znakom ILI.

Interne varijacije energije

The unutarnja energija sustava čestica mogu se razlikovati, bez obzira na njihov prostorni položaj ili stečeni oblik (u slučaju tekućina i plinova). Primjerice, pri uvođenju topline u zatvoreni sustav čestica dodaje se toplinska energija koja će utjecati na unutarnju energiju cjeline.

Ali ipak, unutarnja energija je astatusna funkcija, odnosno ne pridržava se varijacije koja povezuje dva stanja materije, već početno i konačno njezino stanje. Iz tog razloga izračun varijacije unutarnje energije u danom ciklusu uvijek će biti nulabudući da su početno i završno stanje jedno te isto.

Formulacije za izračunavanje ove varijacije su:

ΔU = U_B - ILI_DO, gdje je sustav prešao iz stanja A u stanje B.

ΔU = -W, u slučajevima kada se izvrši količina mehaničkog rada W, što rezultira širenjem sustava i smanjenjem njegove unutarnje energije.

ΔU = Q, u slučajevima kada dodamo toplinsku energiju koja povećava unutarnju energiju.

ΔU = 0, u slučajevima cikličkih promjena unutarnje energije.

Svi ovi i drugi slučajevi mogu se sažeti u jednadžbu koja opisuje Načelo očuvanja energije u sustavu:

ΔU = Q + W

Primjeri unutarnje energije

1. Baterije. U tijelu napunjenih baterija nalazi se korisna unutarnja energija, zahvaljujući kemijske reakcije između kiselina i teških metala unutra. Spomenuta unutarnja energija bit će veća kada je njezino električno opterećenje potpuno, a manja kad se potroši, iako se u slučaju punjivih baterija ta energija može ponovno povećati uvođenjem električne energije iz utičnice.
2. Komprimirani plinovi. Uzimajući u obzir da plinovi obično zauzimaju ukupan volumen spremnika u kojem se nalaze, budući da će njihova unutarnja energija varirati jer je ta količina prostora veća i povećavat će se kad bude manja. Dakle, plin raspršen u sobi ima manje unutarnje energije nego ako ga komprimiramo u cilindru, jer će njegove čestice biti prisiljene bliskije međusobno djelovati.
3. Povećajte temperaturu materije. Povećamo li, na primjer, gram vode i gram bakra, oboje na osnovnoj temperaturi od 0 ° C, primijetit ćemo da će, iako je riječ o istoj količini materije, led zahtijevati veću količinu ukupne energije da se postigne željena temperatura. To je zato što je njegova specifična toplina veća, odnosno njegove su čestice manje prihvatljive za uvedenu energiju od bakra, što puno sporije dodaje toplinu svojoj unutarnjoj energiji.
4. Protresite tekućinu. Kada otopimo šećer ili sol u vodi ili promoviramo slične smjese, obično protresemo tekućinu instrumentom kako bismo pospješili veće otapanje. To je zbog povećanja unutarnje energije sustava proizvedenog uvođenjem one količine rada (W) osiguranog našim djelovanjem, što omogućuje veću kemijsku reaktivnost između uključenih čestica.
5. Na pariod vode. Nakon što voda prokuha, primijetit ćemo da para ima veću unutarnju energiju od tekuće vode u spremniku. To je zato što, unatoč tome što smo isti molekule (spoj se nije promijenio), da bismo potaknuli fizičku transformaciju, dodali smo određenoj količini kalorijske energije (Q) u vodu, izazivajući veće uznemirenost njezinih čestica.

Ostale vrste energije